如何選購動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)量儀以及動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)試的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)

本文總結(jié)了目前動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)量儀的一些方法，技術(shù)以及其他問題。供大家參考。

1、何謂動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)量儀？

通常情況下，很容易將動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)試或動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)量儀與時(shí)間起來，即動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)量儀測(cè)試的是隨時(shí)間變化而變化的接觸角值。從某些應(yīng)用而言，比如考察表面活性劑的吸附、溫濕度變化以及揮發(fā)、吸水等情況時(shí)，隨時(shí)間變化而變化的接觸角測(cè)試是接觸角測(cè)量儀的常規(guī)應(yīng)用。但是，對(duì)于接觸角測(cè)量儀而言，動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)試或動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)量儀是一個(gè)特殊的測(cè)試方法或應(yīng)用。此處，動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)量通常是指測(cè)試被測(cè)固體材料的前進(jìn)后、后退角，進(jìn)而分析測(cè)試存在表面粗糙度或化學(xué)多樣性條件時(shí)，被測(cè)固體材料可能存在的滯后接觸角情況，基于Wenzel-Cassie模型的熱平衡接觸角值（本征接觸角值）。動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)量儀通常是指具有測(cè)試被測(cè)材料的前進(jìn)角（Advanced contact angle）、后退角（Receded contact angle）和滾動(dòng)角（Roll off angle），以及本征接觸角值的分析測(cè)試儀器。

2、動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)量儀從大類分有哪些類別？

動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)量儀從大類分主要分為兩大類，一種是基于潤濕天平技術(shù)的威廉板法（Dynamic Wilhelmy Plate method），另一種為基于光學(xué)原理的光學(xué)接觸角測(cè)量儀（Optical contact angle meter）。兩種方法測(cè)試技術(shù)存在本質(zhì)的區(qū)別。由于如下原因，動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)試技術(shù)目前沒有得到廣泛的研究，相關(guān)研究僅僅停留在就前后、后退角、滾動(dòng)角而測(cè)試角度。沒有深入到熱平衡接觸角或采用前進(jìn)、后退角技術(shù)進(jìn)而分析固體材料的表面自由能。*，目前為止沒有任何文獻(xiàn)對(duì)于兩種方法的測(cè)值結(jié)果進(jìn)行過對(duì)比。同時(shí)，由于動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)試技術(shù)涉及的界面化學(xué)知識(shí)主要為由于表面精糙度、表面形貌或化學(xué)多樣性存在而導(dǎo)致的接觸角滯后，分析采用的模型目前較為被學(xué)術(shù)界廣為接受的是Wenzel-Cassie模型。第二、動(dòng)態(tài)接觸角的兩個(gè)測(cè)試技術(shù)本身存在發(fā)展不足，影響了動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)量儀的被接受程度。這主要體現(xiàn)為，視頻光學(xué)方法接觸角測(cè)量儀的接觸角測(cè)試算法停留在切線法（如一次、二次曲線方程或復(fù)合方程）階段，僅僅為幾何算法的測(cè)試，測(cè)試時(shí)受接觸點(diǎn)位置噪聲影響非常大，測(cè)值重復(fù)性不高。基于分析天平的表面張力儀的威廉板法測(cè)試動(dòng)態(tài)接觸角值時(shí)，其接觸角值的意義本身無法與光學(xué)接觸角測(cè)量值得到的接觸角值相類比，僅僅是一種可能可行的測(cè)試方法選項(xiàng)。且在測(cè)試時(shí)，受材料本身幾何尺寸以及粗糙度變化影響非常大，也很難形成如彈片一樣在被測(cè)固體表面的彈跳式的前進(jìn)、后退角滯后的接觸角現(xiàn)象，因而測(cè)值結(jié)果可接受程度比較低。

3、光學(xué)法動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)量儀的測(cè)試方法有哪些？各自的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？

動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)量儀主要有三種方法。目前所知較多的兩種，為增加、減少液體法和旋轉(zhuǎn)樣品臺(tái)方法。

（1）增加減少液體量的方法（針頭在液體里）

前進(jìn)角是指通過增加液體并形成液滴在固體表面移動(dòng)時(shí)瞬間的角度值，advancing contact angle, θa；后退角是指通過減少注體并形成液滴在固體表面移動(dòng)時(shí)瞬間的角度值，receding contact angle, θr。兩者之間的差值稱為滯后接觸角值，contact angle hysteresis, H, (H ≡θa −θr)。此種方法測(cè)試前進(jìn)、后退角可以形像的描述為一個(gè)彈片效果，即彈片一端被拉住后，另一端變形，何時(shí)拉住的那端的彈片無法保持住為止。因而，并非簡(jiǎn)單的大接觸角或小接觸角值可以表征此種方法的前進(jìn)后退角值。

（2）旋轉(zhuǎn)樣品臺(tái)的方法（滾動(dòng)角）

此種方法通過旋轉(zhuǎn)樣品臺(tái)至一定的角度，此時(shí)，液滴同樣會(huì)傾向于往下滾動(dòng)，下端角度比較大的接觸角值稱為前進(jìn)角值，上端側(cè)角度比較小的接觸角值稱為后退角值。兩者之間的差值稱為滯后接觸角值，contact angle hysteresis, H, (H ≡θa −θr)。

在本方法中請(qǐng)注意，滾動(dòng)角并非是前進(jìn)角－后退角。滾動(dòng)角是指在某固定體積條件下的液滴，在固體樣品傾斜后液滴在樣品表面滾動(dòng)瞬間時(shí)的角度值。因而，液體的體積量以及相對(duì)應(yīng)的傾斜角度值，此時(shí)的前進(jìn)、后退角值均是關(guān)鍵信息。

（3）通過在樣品上面打孔，并從樣品下方增加和減少液滴量的方法。

此方法由ADSA－P提出者A.W.Neumann團(tuán)隊(duì)提出。增加液體并形成液體在固體表面的移動(dòng)瞬間的角度稱為前進(jìn)角，而減少液體并形成液體在固體表面的移動(dòng)瞬間的角度稱為后退角。同樣，兩者之間的差值滯后接觸角值，contact angle hysteresis, H, (H ≡θa −θr)。本方法與*種增加、減少液體量的方法異曲同工，但優(yōu)勢(shì)相對(duì)明顯，沒有針頭的干擾，測(cè)值的重復(fù)性會(huì)較好。

三種動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)試方法（前進(jìn)、后退角測(cè)試方法）的優(yōu)缺點(diǎn)：

4、3D形貌分析與測(cè)試動(dòng)態(tài)接觸角值的接觸角滯后有何關(guān)聯(lián)？需要專門的3D形貌分析模塊？

3D形貌分析本身對(duì)于測(cè)試動(dòng)態(tài)接觸角沒有關(guān)聯(lián)。3D形貌儀或表面粗糙度儀表征出來的僅僅是粗糙度的概念，而接觸角滯后的影響因素非常多，包括化學(xué)多樣性、異構(gòu)性、表面粗糙度等等。且3D形貌測(cè)試所得的粗糙度值是否可以直接代入Wenzel方程修正計(jì)算得到真實(shí)接觸角或本征接觸角值，其界面化學(xué)意義仍待商榷。

測(cè)試表面粗糙度有許多方法。目前主流的方法均可以在網(wǎng)絡(luò)上查找。而表面形貌通常是通過的掃描電鏡顯微鏡或的3D形貌儀器來表征。所以，如果需要表征3D形貌，則可以采購儀器。

如果就測(cè)試動(dòng)態(tài)接觸角值而言，3D形貌的意義并不大。動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)試需要的是的算法以及機(jī)械結(jié)構(gòu)。而目前廣為接受的熱平衡接觸角值測(cè)試模型為基于Wenzel-Cassie模型的Tadmor法。參考文獻(xiàn)為（As-placed contact angles for sessile drops, Journal of Colloid and Interface Science 317 (2008) 241–246）。

5、動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)量的軟件測(cè)試算法或測(cè)試方法有哪些？各自的優(yōu)缺點(diǎn)為什么？

目前，測(cè)試動(dòng)態(tài)接觸角值的算法主要為一次曲線（直線）切線法、二次曲線擬合法、雙圓曲線擬合法、復(fù)合曲線法、曲線尺法以及ADSA－NA算法、ADSA－RealDrop算法。

6、哪家公司為世界*家創(chuàng)導(dǎo)視頻光學(xué)動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)試技術(shù)的公司？

美國科諾工業(yè)有限公司為世界*家倡導(dǎo)并于視頻光學(xué)接觸角測(cè)量技術(shù)的公司。我們于世界*家提供技術(shù)的滾動(dòng)角測(cè)試平臺(tái)，采用了蝸輪蝸桿技術(shù)的精密光學(xué)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，角度精度可達(dá)0.007度，近零回程間隙設(shè)計(jì)。同時(shí)，采用了技術(shù)的ADSA-RealDrop算法，基于Young-Laplace方程擬合技術(shù)，整體輪廓計(jì)算前進(jìn)角、后退角值。同時(shí)，*提供實(shí)時(shí)測(cè)試基于Wenzel-Cassie模型的Tadmor法的本征接觸角測(cè)試值以及基于chibowski算法的表面自由能估算法（通過前進(jìn)角、后退角計(jì)算固體的表面自由能）。Chibowski法表面自由能是目前*提供基于接觸角滯后分析的固體表面自由能算法。而CAST3.0為目前世界*支持該算法的軟件。

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